Hình 1. Hình ảnh thực tế của một dự án điện mặt trời nổi (Nguồn: Internet)

Cuộc đua các dự án điện mặt trời nổi

Mục tiêu quốc gia đầy tham vọng về “Năng lượng mặt trời đạt 100 GW vào năm 2022” của Ấn Độ đang ngày càng đến gần, các tấm pin mặt trời dường như xuất hiện ở khắp mọi nơi - trải dài trên các vùng đất nông nghiệp, che lấp các vùng đất trống và tô điểm trên những mái nhà. Với những thách thức về tài nguyên đất cho các dự án pin mặt trời (sự chậm trễ trong việc mua lại đất, đền bù…), gần đây chính quyền đã hướng tới các dự án điện mặt trời nổi, khiến các dự án này xuất hiện ngày càng dày đặc hơn và trở thành một “làn sóng mới” của ngành năng lượng mặt trời nước này.

Đầu năm 2021, Chính quyền Madhya Pradesh đã thông báo dự án năng lượng mặt trời nổi lớn nhất thế giới có công suất 600 MW ở vùng nước đọng của đập Omkareshwar. Dự án dự kiến ​​cần khoảng 2.000 ha diện tích mặt nước và sẽ bắt đầu hoạt động vào giai đoạn 2022 - 2023. Trước đó, vào tháng 12 năm 2020, Maharashtra cũng đã công bố dự án năng lượng mặt trời nổi nằm trong Chương trình An ninh Năng lượng Quốc gia (National Energy Security Programme) với công suất 80 MW, nằm giữa đập Vaitarana. Karnataka, một tiểu bang miền Tây Nam Ấn độ có tổng công suất đã được lắp đặt là 7.366 MW điện mặt trời tính đến tháng 12 năm 2020, đã ban hành Dự thảo Chính sách Năng lượng Tái tạo giai đoạn 2021-2026, bao gồm các dự án năng lượng mặt trời nổi trên các ao và hồ chứa. Thị đường điện mặt trời nổi đang ngày một nóng hơn khi các Doanh nghiệp Nhà nước ở Ấn Độ (Public Sector Undertakings - PSUs) cũng đã ban hành các hồ sơ đấu thầu dự án điện mặt trời nổi với quy mô lớn.

Nghiên cứu gần đây của Viện Năng lượng và Tài nguyên (The Energy and Resources Institute - TERI) kết hợp với chương trình của Ủy ban Truyền tải Năng lượng Ấn Độ (the Energy Transmission Commission India programme) cho thấy: kể từ năm 2019, trong khi các dự án điện mặt trời nổi có công suất 2,7 MW đang hoạt động thì những dự án có công suất hơn 1,7 GW đã bước vào các giai đoạn phát triển khác nhau.

Hình 2. Trang trại sử dụng năng lượng mặt trời

Những cơn ác mộng mang tên “Điện mặt trời nổi”

Với nhiều dự án đã được lên kế hoạch, các chuyên gia, nhà nghiên cứu và nhà sinh thái học bày tỏ sự lo lắng khi các tác động của điện mặt trời nổi lên môi trường nước và hệ sinh thái của chúng chưa được quan tâm đúng mức. Sự thay đổi nhiệt độ, sự phân tầng kéo dài, lượng oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO) thấp, và sự phân hủy kỵ khí tác động đến hệ sinh thái thủy sinh, sự phát triển của vi khuẩn lam - cyanobacteria (tảo lam) và môi trường kiếm ăn của các loài chim di cư, cũng như các loài chim cư trú chỉ là một phần trong các yếu tố cần quan tâm.

Theo các chuyên gia, tấm pin năng lượng mặt trời có thể ngăn ánh sáng mặt trời chiếu vào môi trường nước, dẫn đến gradien nhiệt độ bị phá vỡ.

Ông T. V. Ramachandra - điều phối viên thuộc Nhóm Năng lượng và Đất ngập nước, Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) cho biết, một hệ sinh thái hoạt động bình thường khi cấu trúc của nó được giữ nguyên và phát triển trong điều kiện nhiệt độ tối ưu. Sự xuất hiện của các tấm pin trên bề mặt nước có thể làm giảm lượng ánh sáng mặt trời đi vào hệ sinh thái, từ đó làm thay đổi nhiệt độ. Điều này gây trở ngại đến chuỗi thức ăn và chu trình sinh địa hóa (chu trình nước, chu trình cacbon, chu trình nitơ) của hệ sinh thái thủy sinh.

Vidyadhar Atkore - nhà sinh thái học thủy sinh làm việc về sự đa dạng sinh học của các con sông và vùng đất ngập nước ở Ấn Độ - giải thích rằng, quá trình quang hợp trong môi trường nước sẽ giảm khi giảm ánh sáng mặt trời. Tốc độ quang hợp chậm dẫn đến sự suy giảm thực vật phù du, đại thực vật (thực vật thủy sinh có thể chìm hoặc nổi) và ít oxy hòa tan trong môi trường nước. Thực vật chết dần sẽ gây ảnh hưởng đến hệ động vật thủy sinh ăn thực vật và động vật ăn cỏ. Bên cạnh việc thiếu thức ăn, sự phân hủy chất hữu cơ còn làm tăng nhiệt độ, dẫn đến cạn kiệt oxy hòa tan. Nhiệt độ gia tăng kết hợp với quá trình giải phóng các chất dinh dưỡng như nitrat vô cơ và phốt phát có thể gây ra quá trình phú dưỡng (chất dinh dưỡng bị dư thừa trong môi trường nước), từ đó góp phần làm gia tăng hiện tượng tảo nở hoa (do sự phát triển của vi khuẩn lam).

Hình 3. Hiện tượng tảo nở hoa (Nguồn: Internet)

Theo một nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu ở Anh và Mỹ, điện mặt trời nổi cũng có thể cản trở sự tương tác giữa môi trường nước và không khí, gây ra hiện tượng thiếu oxy ở mực nước sâu, dẫn đến giải phóng photpho từ các lớp trầm tích đáy.

Photpho được biết đến là chất dinh dưỡng hạn chế tăng trưởng đối với thực vật thủy sinh. Nó được tìm thấy trong lớp trầm tích đáy tự nhiên và được giải phóng trong nước với tốc độ chậm. Tuy nhiên, do thiếu oxy ở mực nước sâu (có thể do sự giảm nhiệt độ bề mặt và xáo trộn gió), trầm tích sẽ giải phóng photpho nhanh hơn. Nếu photpho quá nhiều, chúng sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển thực vật thủy sinh – từ đó gây ảnh hưởng tới lưới thức ăn. Ngoài ra, quá nhiều photpho có thể dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa và sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh lớn, điều này góp phần làm giảm nồng độ oxy hòa tan. Khi số lượng tảo quá nhiều, chúng có thể giải phóng độc tố, gây hại cho sức khỏe động vật và con người.

Bên cạnh đó, dự án năng lượng mặt trời nổi có thể tạo ra các vùng bề mặt nóng không đồng đều trên diện rộng do lượng ánh sáng mặt trời giảm, từ đó làm giảm hiệu suất luân chuyển hồ chứa và ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật ở vùng bờ (khu vực gần bờ nơi ánh sáng mặt trời xuyên đến đáy nước, cho phép thực vật thủy sinh phát triển). Các chuyên gia cho rằng, tác động của các tấm pin mặt trời đến các vùng nước (thủy vực) sẽ khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng của vùng nước đó và cấu ​​trúc của điện mặt trời nổi.

Cụ thể, theo Jai Asundi - giám đốc điều hành, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học, Công nghệ và Chính sách (Center for Study of Science, Technology, and Policy - CSTEP) cho biết, những thay đổi thủy văn (hiện tượng phân tầng ngày đêm và chu kỳ mất ổn định) kết hợp với lượng ánh sáng mặt trời giảm có thể gây ra những hậu quả to lớn đến hệ sinh thái trong các ao có độ sâu 1m.

Liệu những lợi ích của điện mặt trời nổi có đang được phóng đại quá mức?

Trong các báo cáo, một số lợi ích của điện mặt trời nổi gồm có: không chiếm dụng không gian đất, giảm bốc hơi nước và hạn chế sự phát triển của tảo. Tuy nhiên, theo một số chuyên gia, những lợi ích này không đáng tin cậy và không dựa trên các nghiên cứu khoa học.

Đầu tiên, những người ủng hộ điện mặt trời nổi cho rằng quá trình thu hồi đất còn nhiều rào cản, dẫn đến chậm tiến độ để đạt được mục tiêu 100 GW đầy tham vọng vào năm 2022, vì vậy các dự án năng lượng mặt trời trên mặt đất là không khả thi. Trong khi đó, các nhà bảo tồn và các nhà nghiên cứu lại có quan điểm khác. Theo Veena Srinivasan, thành viên của ATREE (Ashoka Trust for Research in Ecology and the Environment), chính quyền nên tận dụng tối đa tiềm năng của các mái nhà và các nguồn đất trống trước khi nghĩ tới việc lắp đặt những tấm pin điện mặt trời nổi trên các ao và hồ chứa. Lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời trên các mái nhà không chỉ giúp hạ nhiệt (các mái nhà ở đô thị thường rất nóng) mà còn giảm nhu cầu sử dụng đất.

Thứ hai, vì được triển khai trên mặt nước nên các dự án điện mặt trời góp phần làm giảm sự bốc hơi nước bằng cách che phủ bề mặt và hạn chế tương tác với gió. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, quá trình bốc hơi là một thành phần quan trọng trong chu trình cân bằng nước. Do đó, “giảm bốc hơi” không phải là một lợi ích mà ngược lại, nó có thể gây bất lợi không chỉ cho các hệ sinh thái dưới nước mà còn cho cả con người.

Và cuối cùng, những người ủng hộ điện mặt trời nổi cho rằng các dự án này góp phần làm giảm sự phát triển của tảo do bóng râm mà các tấm pin trên mặt nước tạo ra. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây đã nhấn mạnh rằng vi khuẩn lam khác nhau về đặc tính, khả năng chịu đựng và sự nhạy cảm về nhiệt độ. Thậm chí một số loài vi khuẩn lam còn có khả năng phát triển tốt trong bóng râm. Theo một nghiên cứu khác, sự thay đổi trong mặt phân cách giữa không khí và nước do sự xuất hiện của các tấm pin mặt trời có thể tác động đến khí tượng bề mặt, kết hợp với nhiệt độ thấp sẽ làm tăng sinh khối vi khuẩn lam, từ đó dẫn đến giải phóng photpho từ các lớp trầm tích.

Ngoài ra, một số lợi ích khác từ các dự án điện mặt trời nổi cũng được đưa ra như: dễ dàng triển khai, lắp đặt và làm sạch; sản xuất năng lượng cao hơn; và dễ dàng tích hợp với các nhà máy thủy điện. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng, chính quyền và các nhà đầu tư cần phân tích cẩn thận về sự đánh đổi giữa “rủi ro” và “doanh thu” của các dự án điện mặt trời nổi trước khi nhảy vào cuộc đua.

Đâu là giải pháp để giảm các tác động của các dự án điện mặt trời nổi đến sự đa dạng sinh học?

Trong báo cáo mới nhất, Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (the International Union for Conservation of Nature - IUCN) đã nhấn mạnh việc thiếu nghiên cứu và dữ liệu đầy đủ về tác động lâu dài của các dự án điện mặt trời nổi quy mô lớn đối với môi trường nước. Ngoài ra, vì mỗi vùng nước sẽ có các đặc điểm rất khác nhau, nên mức độ ảnh hưởng sẽ phụ thuộc vào từng địa điểm cụ thể. Do đó, việc xem xét tất cả các yếu tố trước khi triển khai dự án điện mặt trời nổi là rất cần thiết.

Các chuyên gia cho rằng, việc lắp đặt những tấm pin điện mặt trời nổi chỉ nên được thực hiện sau khi phân tích độ sâu và địa mạo của các vùng nước cụ thể.

Theo Jagadish Krishnaswamy, thành viên cấp cao của ATREE (Ashoka Trust for Research in Ecology and Environment), mỗi độ sâu trong một hệ thống thủy sinh đều đóng góp những thành phần khác nhau về sự đa dạng sinh học. Vì vậy, các nghiên cứu về môi trường nước cần phải được thực hiện trước khi lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời nổi. Đối với những vùng đất ngập nước có tính đa dạng sinh học cao và gắn liền với cuộc sống con người thì không được lắp đặt, thay vào đó, nên cân nhắc lắp đặt tại các hồ các hồ chứa lớn có độ sâu thích hợp và sự đa dạng sinh học tương đối hạn chế.

Một số phương án được đề xuất để giảm các tác động bất lợi trong việc lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời nổi lên môi trường có thể được kể đến như: sử dụng vật liệu không độc hại, có tính ăn mòn thấp cho các thiết bị, hệ thống; thay đổi thiết kế để đảm bảo độ che phủ tối thiểu lên mặt nước; phát triển vật liệu mới và thay đổi công nghệ.

Hình 4. Sơ đồ minh họa Hệ thống điện mặt trời nổi (Nguồn: World Bank Group)

Theo Asundi, giữa các dãy pin năng lượng mặt trời cần có khoảng không gian để ánh sáng đi qua và giữ độ rộng các dãy pin ở mức tối thiểu bằng cách lắp đặt các tấm pin theo hướng xoay ngang. Khoảng không gian này có thể giảm tác động tiêu cực của các tấm pin đến chất lượng nước. Sử dụng mũi khoan theo hướng ngang, mỏ neo và phao nổi, thiết kế hệ thống neo và hệ thống điện phù hợp để ngăn chặn, cũng như hạn chế việc kéo theo các chất nền dưới đáy của môi trường nước.

Điện mặt trời nổi có vai trò quan trọng trong việc đạt được mục tiêu Quốc gia đầy tham vọng về phát triển điện mặt trời tại Ấn Độ. Tuy nhiên, trước khi lắp đặt các tấm pin mặt trời nổi, Chính quyền và các nhà đầu tư nên thực hiện đầy đủ các nghiên cứu về các tác động của dự án điện mặt trời nổi lên hệ sinh thái trong môi trường nước, từ đó áp dụng các biện pháp phù hợp nhằm giảm thiểu các tác động bất lợi của các tấm pin đến môi trường nước.

Lược dịch: Nguyễn Thị Thanh Nguyệt

Tham khảo: Garima Prasher. (2021). Solar projects on water could come at a cost to the environment, alert experts. 12/09/2021.

https://india.mongabay.com/2021/03/solar-projects-on-water-could-come-at-a-cost-to-the-environment-alert-experts